JP5769004B2 - Sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、ＣｕＩｎＧａＳｅ系の化合物薄膜太陽電池の光吸収層を形成する際に、ＣｕＧａ薄膜を形成するのに用いるスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering target used for forming a CuGa thin film when forming a light absorbing layer of a CuInGaSe-based compound thin film solar cell and a method for manufacturing the same.
近年、化合物半導体による薄膜太陽電池が実用に供せられるようになり、この化合物半導体による薄膜太陽電池は、ソーダライムガラス基板の上にプラス電極となるＭｏ電極層を形成し、このＭｏ電極層の上にＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜からなる光吸収層が形成され、このＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜からなる光吸収層の上にＺｎＳ、ＣｄＳなどからなるバッファ層が形成され、このバッファ層の上にマイナス電極となる透明電極層が形成された基本構造を有している。 In recent years, thin film solar cells using compound semiconductors have been put to practical use. In this thin film solar cell using compound semiconductors, a Mo electrode layer serving as a positive electrode is formed on a soda lime glass substrate. A light absorption layer made of a CuInGaSe quaternary alloy film is formed thereon, and a buffer layer made of ZnS, CdS, etc. is formed on the light absorption layer made of this CuInGaSe quaternary alloy film, and on the buffer layer It has a basic structure in which a transparent electrode layer to be a negative electrode is formed.
上記ＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜からなる光吸収層の形成方法として、蒸着法により成膜する方法が知られており、この方法により得られたＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜からなる光吸収層は高いエネルギー変換効率が得られるものの、蒸着法による成膜は速度が遅いためにコストがかかる。そのために、スパッタ法によってＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜からなる光吸収層を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。 As a method for forming a light absorption layer made of the CuInGaSe quaternary alloy film, a method of forming a film by vapor deposition is known, and a light absorption layer made of the CuInGaSe quaternary alloy film obtained by this method has a high energy. Although conversion efficiency can be obtained, film formation by vapor deposition is expensive because of its low speed. Therefore, a method of forming a light absorption layer made of a CuInGaSe quaternary alloy film by a sputtering method has been proposed (see Patent Document 1).
このＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜をスパッタ法により成膜する方法として、まず、Ｉｎターゲットを使用してスパッタによりＩｎ膜を成膜し、このＩｎ膜の上にＣｕＧａ二元系合金ターゲットを使用してスパッタすることによりＣｕＧａ二元系合金膜を成膜し、得られたＩｎ膜およびＣｕＧａ二元系合金膜からなる積層膜をＳｅ雰囲気中で熱処理してＣｕＩｎＧａＳｅ四元系合金膜を形成する方法が提案されている。そして、上記ＣｕＧａ二元系合金ターゲットとしてＧａ：１〜４０質量％を含有し、残部がＣｕからなる組成を有するＣｕＧａ二元系合金ターゲットが知られており（特許文献２参照）、このＣｕＧａ二元系合金ターゲットは一般に鋳造で作製されている。 As a method of forming this CuInGaSe quaternary alloy film by sputtering, first, an In film is formed by sputtering using an In target, and a CuGa binary alloy target is used on this In film. A method of forming a CuInGaSe quaternary alloy film by forming a CuGa binary alloy film by sputtering and heat-treating the obtained In film and CuGa binary alloy film in a Se atmosphere. Proposed. And the CuGa binary system alloy target which contains Ga: 1-40 mass% as said CuGa binary system alloy target and the remainder consists of a composition is known (refer patent document 2), and this CuGa binary The original alloy target is generally produced by casting.
また、溶解鋳造で作製されたＧａ：３０質量％以上の高Ｇａ含有ＣｕＧａ二元系合金ターゲットは、表面を切削加工して製品に仕上げる時に割れまたは欠損が発生するため、特許文献３には、ホットプレスによって作製する製法が提案されている。すなわち、特許文献３には、高Ｇａ含有ＣｕＧａ二元系合金粉末に、低Ｇａ含有ＣｕＧａ二元系合金粉末を配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスしてＧａ：３０〜６０質量％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する高Ｇａ含有ＣｕＧａ系合金スパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている。 In addition, Ga: 30 mass% or higher Ga-containing CuGa binary alloy target produced by melt casting causes cracking or chipping when the surface is cut into a finished product. The manufacturing method produced by hot press is proposed. That is, in Patent Document 3, a high Ga content CuGa binary alloy powder is mixed with a low Ga content CuGa binary alloy powder to prepare a mixed powder, and this mixed powder is hot pressed to form Ga: There has been proposed a method for producing a high Ga-containing CuGa-based alloy sputtering target having a component composition containing 30 to 60% by mass and the balance being Cu.
上述したようにＣｕＧａ系合金スパッタリングターゲットの製法として鋳造やホットプレス等が提案されているが、ＣｕＧａ系合金スパッタリングターゲットを円筒状ターゲットの形成方法として知られている溶射法により形成する方法も検討されている。しかしながら、溶射法により形成する場合に、目的のターゲット組成の合金粉末を原料粉末としてＣｕＧａ合金相の一様な組織を有する溶射皮膜を形成すると、溶射後にバッキングプレートからの剥がれが生じたり、あるいはスパッタ中にバッキングプレートからのターゲットの剥がれ、または割れが発生したりする不都合があった。 As described above, casting, hot pressing, and the like have been proposed as a method for producing a CuGa-based alloy sputtering target, but a method of forming a CuGa-based alloy sputtering target by a thermal spraying method known as a method for forming a cylindrical target has also been studied. ing. However, when forming by thermal spraying, if a thermal spray coating having a uniform structure of CuGa alloy phase is formed using alloy powder of the target composition as a raw material powder, peeling from the backing plate may occur after thermal spraying or sputtering. There was a disadvantage that the target peeled off or cracked from the backing plate.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、割れや、バッキングプレートやバッキングチューブに対する剥がれが生じ難いスパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering target that hardly breaks and peels off from a backing plate or a backing tube and a method for manufacturing the sputtering target.
本発明者らは、ＣｕＧａ系合金のスパッタリングターゲットを溶射法により形成する技術について研究を進めたところ、所定割合のＧａを含有し、残部がＣｕからなる成分組成のＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末を、バッキングプレートやバッキングチューブ上に溶射することで、割れや剥がれが生じ難い組織を有したＣｕＧａ系二元系合金スパッタリングターゲットを形成することができることを突き止めた。 The inventors of the present invention have advanced research on a technique for forming a sputtering target of a CuGa-based alloy by a thermal spraying method. As a result, the composition of a CuGa alloy powder and a Cu powder having a predetermined composition containing Ga and a balance of Cu are included. It has been found that by spraying the mixed powder onto a backing plate or a backing tube, it is possible to form a CuGa-based binary alloy sputtering target having a structure in which cracking and peeling are unlikely to occur.
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のスパッタリングターゲットは、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有し、前記純Ｃｕ相が、１５体積％以上であることを特徴とする。 Therefore, the present invention has been obtained from the above findings, and the following configuration has been adopted in order to solve the above problems. That is, the sputtering target of the present invention is characterized in that the amorphous CuGa alloy phase and the pure Cu phase have a structure in which the mutually intruded each other, and the pure Cu phase is 15% by volume or more. .
このスパッタリングターゲットでは、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有し、純Ｃｕ相が、１５体積％以上であるので、ＣｕＧａ合金相間に糊的な役割を担っていると考えられる純Ｃｕ相が食い込んで介在することで、割れや剥がれが生じ難い。
上記純Ｃｕ相を１５体積％以上とした理由は、１５体積％未満であると、ターゲットの割れや剥がれに対して抑制効果が十分に得られないためである。なお、体積％は、配合比とＣｕおよびＧａの比重とから算出する。なお、純Ｃｕ相の体積％は、スパッタ面に垂直な断面組織をＥＰＭＡにより観察し、その組成像（ＣＯＭＰＯ像）の画像処理により算出した面積％とした。なお、円筒状のスパッタリングターゲットの場合は、中心軸に垂直な断面の組織を上記と同様に観察して算出する。
In this sputtering target, the amorphous CuGa alloy phase and the pure Cu phase have a structure in which each other bites into each other, and the pure Cu phase is 15% by volume or more. When the pure Cu phase, which is thought to be responsible for the above, bites in and intervenes, it is difficult for cracks and peeling to occur.
The reason why the pure Cu phase is set to 15% by volume or more is that if it is less than 15% by volume, the effect of suppressing the cracking or peeling of the target cannot be obtained sufficiently. The volume% is calculated from the blending ratio and the specific gravity of Cu and Ga. The volume% of the pure Cu phase was an area% calculated by observing a cross-sectional structure perpendicular to the sputtering surface with EPMA and processing the composition image (COMPO image). In the case of a cylindrical sputtering target, the cross-sectional structure perpendicular to the central axis is observed and calculated in the same manner as described above.
また、本発明のスパッタリングターゲットは、前記純Ｃｕ相が、５０体積％以下であることを特徴とする。
このスパッタリングターゲットでは、純Ｃｕ相が、５０体積％以下であるので、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制可能である。
すなわち、純Ｃｕ相が、５０体積％を超えると、ＣｕＧａ合金相中に低融点相が出現してスパッタリング時の異常放電が発生するおそれがある。
The sputtering target of the present invention is characterized in that the pure Cu phase is 50% by volume or less.
In this sputtering target, since the pure Cu phase is 50% by volume or less, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering.
That is, if the pure Cu phase exceeds 50% by volume, a low melting point phase appears in the CuGa alloy phase, and abnormal discharge during sputtering may occur.
また、本発明のスパッタリングターゲットは、全体が円筒状に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このスパッタリングターゲットでは、全体が円筒状に形成されているので、平板状のターゲットに比べて効率的に全体をスパッタリングに使用することが可能になる。
The sputtering target of the present invention is characterized in that it is formed in a cylindrical shape as a whole.
In other words, since the entire sputtering target is formed in a cylindrical shape, the entire sputtering target can be used for sputtering more efficiently than a flat target.
また、本発明のスパッタリングターゲットは、Ｇａ：１５〜４０質量％を含有していることを特徴とする。
すなわち、Ｇａを上記含有量に設定した理由は、Ｇａが１５質量％未満であると、ＣｕＩｎＧａＳｅ系薄膜太陽電池中のＧａ量が不足し、十分な変換効率が得られないためである。また、Ｇａが４０質量％を超えると、ターゲットの組織中に低融点相が出現することがあり、スパッタリング時の異常放電が発生するようになるので、好ましくないためである。
Moreover, the sputtering target of this invention contains Ga: 15-40 mass%.
That is, the reason why Ga is set to the above content is that when Ga is less than 15% by mass, the amount of Ga in the CuInGaSe-based thin film solar cell is insufficient, and sufficient conversion efficiency cannot be obtained. Further, if Ga exceeds 40% by mass, a low melting point phase may appear in the target structure, and abnormal discharge occurs during sputtering, which is not preferable.
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、ＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末を、金属基体上に溶射してスパッタリングターゲットを形成する工程を有することを特徴とする。
すなわち、このスパッタリングターゲットの製造方法では、上記成分組成のＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末をバッキングプレート等の金属基体上に溶射するので、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有するスパッタリングターゲットが得られる。このように作製されたスパッタリングターゲットは、上述したように金属基体に対して割れや剥がれが生じ難い。
なお、ＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との配合比は、ターゲットの成分組成とＣｕ相の含有量とから算出する。
The manufacturing method of the sputtering target of this invention has the process of spraying the mixed powder of CuGa alloy powder and Cu powder on a metal base | substrate, and forming a sputtering target.
That is, in this sputtering target manufacturing method, a mixed powder of CuGa alloy powder and Cu powder having the above component composition is sprayed onto a metal substrate such as a backing plate, so that an indeterminate CuGa alloy phase and a pure Cu phase are formed. A sputtering target having a structure that bites into each other can be obtained. As described above, the sputtering target produced in this way is unlikely to break or peel off from the metal substrate.
In addition, the compounding ratio of CuGa alloy powder and Cu powder is calculated from the component composition of the target and the content of the Cu phase.
また、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、前記金属基体が、円筒形状であることを特徴とする。
すなわち、このスパッタリングターゲットの製造方法では、金属基体が円筒形状であるので、円筒状金属基体上に円筒状のスパッタリングターゲットが得られる。このように作製されたスパッタリングターゲットは、上述したように、割れや、円筒状金属基体に対する剥がれが生じ難いと共に、効率的なスパッタリングが可能である。
Moreover, the manufacturing method of the sputtering target of this invention is characterized by the said metal base | substrate being cylindrical shape.
That is, in this sputtering target manufacturing method, since the metal substrate has a cylindrical shape, a cylindrical sputtering target is obtained on the cylindrical metal substrate. As described above, the sputtering target produced in this way is not easily cracked or peeled off from the cylindrical metal substrate, and enables efficient sputtering.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、上記成分組成のＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末をバッキングプレートや円筒状金属基体上に溶射するので、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織のスパッタリングターゲットが得られる。このように作製された本発明のスパッタリングターゲットは、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有しているので、ＣｕＧａ合金相間に糊的な役割を担っていると考えられる純Ｃｕ相が食い込んで介在することで、割れや剥がれが生じ難く、高い歩留まり及び生産性を得ることができる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the sputtering target manufacturing method of the present invention, the mixed powder of the CuGa alloy powder having the above component composition and the Cu powder is sprayed onto the backing plate or the cylindrical metal substrate, so that the CuGa alloy phases that are indefinite to each other. And a sputtering target having a structure in which the pure Cu phase bites into each other. The sputtering target of the present invention produced in this way has a structure in which an indeterminate CuGa alloy phase and a pure Cu phase bite into each other, and thus has a pasty role between the CuGa alloy phases. When the pure Cu phase which is considered to be intruded is intervened, cracks and peeling are unlikely to occur, and a high yield and productivity can be obtained.
以下、本発明に係るスパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を、図１から図１０を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a sputtering target and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態のスパッタリングターゲット１は、図１に示すように、円筒状の金属製バッキングチューブ（金属基体）２の外周に形成されて全体が円筒状とされており、Ｇａ：１５〜４０質量％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有している。また、上記純Ｃｕ相は、組織全体に対して１５〜５０体積％を占めている。 As shown in FIG. 1, the sputtering target 1 of this embodiment is formed in the outer periphery of the cylindrical metal backing tube (metal base | substrate) 2, and is made into the whole cylindrical shape, Ga: 15-40 mass% And the balance: a component composition consisting of Cu and unavoidable impurities, and an amorphous CuGa alloy phase and a pure Cu phase have a structure in which they bite into each other. Moreover, the said pure Cu phase occupies 15-50 volume% with respect to the whole structure | tissue.
このスパッタリングターゲット１では、互いに食い込んだ状態で複数のＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが相互にランダムに重なり合って組織を構成し、断面組織においてＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが迷彩柄状に混在している。すなわち、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とは、相互に外周部分が複雑に入り組んだ状態で、霜降り状態のようになっている。また、隣接するＣｕＧａ合金相は、互いに一部が繋がった連続相としても存在している。 In this sputtering target 1, a plurality of CuGa alloy phases and pure Cu phases overlap each other at random and constitute a structure, and the CuGa alloy phase and pure Cu phase are mixed in a camouflage pattern in the cross-sectional structure. doing. That is, the amorphous CuGa alloy phase and the pure Cu phase are in a frosted state in which the outer peripheral portions are intricately interlaced with each other. Adjacent CuGa alloy phases also exist as continuous phases that are partially connected to each other.
このスパッタリングターゲット１の製造方法は、Ｇａ：３０〜６０質量％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有するＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末を、バッキングチューブ２上に溶射してスパッタリングターゲット１を形成する工程を有している。 The sputtering target 1 is produced by spraying a mixed powder of CuGa alloy powder and Cu powder having a composition of Ga: 30 to 60% by mass and the balance of Cu on the backing tube 2 and sputtering. A step of forming the target 1.
詳述すれば、まず、ガスアトマイズと篩分けとにより所定の粒子径及びＧａ含有量のＣｕＧａ合金粉末および純Ｃｕ粉末を準備し、ＣｕＧａ合金粉末と純Ｃｕ粉末とを所定の質量比率で配合して混合粉末を作製する。
また、溶射によりターゲットを形成するバッキングチューブ２の外周面に、アルミナ粒子を用いてブラスト処理を施しておく。
Specifically, first, CuGa alloy powder and pure Cu powder having a predetermined particle diameter and Ga content are prepared by gas atomization and sieving, and CuGa alloy powder and pure Cu powder are blended at a predetermined mass ratio. A mixed powder is prepared.
Moreover, the outer peripheral surface of the backing tube 2 that forms the target by thermal spraying is subjected to blasting using alumina particles.
次に、バッキングチューブ２にマスクを取り付け、プラズマ溶射装置を用いて上記混合粉末をバッキングチューブ２の外周面に溶射する。この際、プラズマ溶射ガンを左右に往復させながら上下方向に移動させることにより全体に溶射を施し、所定の厚みになるまで繰り返す。このようにして、バッキングチューブ２上に円筒状のスパッタリングターゲット１を作製する。 Next, a mask is attached to the backing tube 2, and the mixed powder is sprayed onto the outer peripheral surface of the backing tube 2 using a plasma spraying apparatus. At this time, the plasma spray gun is moved up and down while reciprocating left and right, thereby spraying the entire surface and repeating until a predetermined thickness is reached. In this way, the cylindrical sputtering target 1 is produced on the backing tube 2.
このように本実施形態のスパッタリングターゲット１の製造方法では、上記成分組成のＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末をバッキングチューブ２上に溶射するので、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有している円筒状のスパッタリングターゲット１が得られる。 Thus, in the manufacturing method of the sputtering target 1 of this embodiment, since the mixed powder of the CuGa alloy powder of the said component composition and Cu powder is sprayed on the backing tube 2, a mutually indefinite form CuGa alloy phase and pure Cu phase Thus, a cylindrical sputtering target 1 having a structure that bites into each other is obtained.
したがって、このように作製された本実施形態のスパッタリングターゲット１では、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有し、純Ｃｕ相が、１５体積％以上であるので、ＣｕＧａ合金相間に糊的な役割を担っていると考えられる純Ｃｕ相が食い込んで介在することで、割れや剥がれが生じ難い。
また、純Ｃｕ相が、５０体積％以下であるので、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制可能である。
Therefore, in the sputtering target 1 of the present embodiment manufactured in this way, the amorphous CuGa alloy phase and the pure Cu phase have a structure in which the mutual Cu bite into each other, and the pure Cu phase is 15% by volume or more. Therefore, when a pure Cu phase, which is considered to play a pasty role between the CuGa alloy phases, bites in and intervenes, cracks and peeling hardly occur.
Moreover, since a pure Cu phase is 50 volume% or less, generation | occurrence | production of the abnormal discharge at the time of sputtering can be suppressed.
次に、上記実施形態に基づいて作製したスパッタリングターゲットの実施例について評価した結果を、図２から図４を参照して説明する。 Next, the result evaluated about the Example of the sputtering target produced based on the said embodiment is demonstrated with reference to FIGS.
まず、本実施例を作製するために、ガスアトマイズと篩分けとにより平均粒子径４５μｍのＣｕ−５０ｗｔ％（質量％）Ｇａ合金粉末および純Ｃｕ粉末を準備した。ただし、日機装株式会社製のレーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置により測定したＤ５０を平均粒子径とした。
これらＣｕ−５０ｗｔ％Ｇａ合金粉末と純Ｃｕ粉末とを、６０：４０の質量比率で配合して混合粉末を作製した（配合組成はＣｕ−３０ｗｔ％Ｇａ）。
First, in order to produce this example, a Cu-50 wt% (mass%) Ga alloy powder and a pure Cu powder having an average particle diameter of 45 μm were prepared by gas atomization and sieving. However, D50 measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was defined as the average particle diameter.
These Cu-50 wt% Ga alloy powder and pure Cu powder were blended at a mass ratio of 60:40 to prepare a mixed powder (the blending composition was Cu-30 wt% Ga).
次に、直径１３３ｍｍ、厚さ４ｍｍ、長さ８５０ｍｍのＳＵＳ３０４製バッキングチューブを作製し、溶射によりターゲットを形成する外周面に、アルミナ粒子を用いてブラスト処理を施した。
このバッキングチューブにマスクを取り付け、プラズマ溶射装置を用いて上記混合粉末をバッキングチューブの外周面に溶射し、直径１４５ｍｍ、厚さ６ｍｍ、長さ８００ｍｍのＣｕ−３０ｗｔ％Ｇａである本実施例のＣｕＧａ系二元系合金スパッタリングターゲットを得た。
Next, a backing tube made of SUS304 having a diameter of 133 mm, a thickness of 4 mm, and a length of 850 mm was produced, and the outer peripheral surface on which the target was formed by thermal spraying was subjected to blasting using alumina particles.
A mask is attached to the backing tube, and the mixed powder is sprayed onto the outer peripheral surface of the backing tube using a plasma spraying device, and the CuGa of this example is Cu-30 wt% Ga having a diameter of 145 mm, a thickness of 6 mm, and a length of 800 mm. A system binary alloy sputtering target was obtained.
なお、溶射時はプラズマ溶射ガンをバッキングチューブの長手方向に往復させながら円周方向に６ｍｍピッチで移動させることにより全体に溶射を施し、所定の厚みになるまで繰り返した。また、プラズマ溶射には、Ａｒ−Ｈ２混合ガスを４０〜４５Ｌ／分の流量で、３５ｋＷの電力を印加して行った。さらに、溶射ガンとバッキングチューブとの距離は１５０ｍｍとした。 During spraying, the plasma spray gun was reciprocated in the longitudinal direction of the backing tube and moved in the circumferential direction at a pitch of 6 mm to spray the entire surface, and was repeated until a predetermined thickness was reached. In addition, the plasma spraying was performed by applying 35 kW of electric power to the Ar—H 2 mixed gas at a flow rate of 40 to 45 L / min. Further, the distance between the spray gun and the backing tube was 150 mm.
このようにして作製した本実施例のスパッタリングターゲットを回転カソード型のマグネトロンスパッタ装置に取り付け、所定低圧まで排気した後、Ａｒガスを導入して０．５Ｐａのスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてＤＣ６ｋＷの直流スパッタ電力を印加してスパッタ試験を行った。この結果、本実施例のターゲットには、割れや剥がれなどが起こらず、異常放電も発生しなかった。 The sputtering target of this example produced in this way was attached to a rotating cathode type magnetron sputtering apparatus, evacuated to a predetermined low pressure, Ar gas was introduced to a sputtering gas pressure of 0.5 Pa, and then to a DC power source. A DC 6 kW DC sputtering power was applied to perform a sputtering test. As a result, the target of this example was not cracked or peeled off, and no abnormal discharge occurred.
次に、スパッタリングターゲットの断面組織（スパッタ面に垂直な断面の組織）をＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）により元素分布を測定した。この際の組成像（ＣＯＭＰＯ像）、Ｃｕの元素分布像及びＧａの元素分布像を、それぞれ図２、図３及び図４に示す。なお、図３及び図４の元素分布像は、本来カラー像であるが、白黒像に変換して記載しているため、図３においては、濃淡の淡い部分（比較的白い部分）が純Ｃｕ相となっている。また、図４においては、濃淡の淡い部分（比較的白い部分）がＣｕＧａ合金相となっている。 Next, elemental distribution of the cross-sectional structure of the sputtering target (cross-sectional structure perpendicular to the sputtering surface) was measured by EPMA (electron beam microanalyzer). The composition image (COMPO image), Cu element distribution image, and Ga element distribution image at this time are shown in FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4, respectively. The element distribution images in FIGS. 3 and 4 are originally color images, but are described as being converted into black and white images. Therefore, in FIG. 3, the light and light portions (relatively white portions) are pure Cu. It has become a phase. Moreover, in FIG. 4, the light and light part (relatively white part) is a CuGa alloy phase.
また、スパッタリングターゲットの基材（バッキングチューブ）界面部分における組成像（ＣＯＭＰＯ像）、Ｃｕの元素分布像及びＧａの元素分布像を、それぞれ図５、図６及び図７に示す。
なお、比較のため、同様の組成割合の原料を用いてホットプレス法によりターゲットを作製した場合の断面組織についても、組成像（ＣＯＭＰＯ像）、Ｃｕの元素分布像及びＧａの元素分布像を、それぞれ図８、図９及び図１０に示す。
In addition, a composition image (COMPO image), an element distribution image of Cu, and an element distribution image of Ga at the interface portion of the substrate (backing tube) of the sputtering target are shown in FIGS. 5, 6, and 7, respectively.
For comparison, a composition image (COMPO image), an element distribution image of Cu, and an element distribution image of Ga are also obtained for a cross-sectional structure when a target is produced by a hot press method using raw materials having the same composition ratio. These are shown in FIGS. 8, 9 and 10, respectively.
これらの元素分布から、ホットプレス法により作製した場合、Ｃｕが拡散してＣｕＧａ相内に入り込み、純Ｃｕ相がほとんど残っていないのに対し、上記本実施形態の製法で作製した場合、互いに不定形なＣｕＧａ合金相と純Ｃｕ相とが、相互に食い込み合った組織を有していることがわかる。なお、純Ｃｕ相の体積％は３５％であった。この純Ｃｕ相の体積％は、上記断面組織を観察し、画像処理により２値化することで求めた。 From these element distributions, when manufactured by the hot press method, Cu diffuses and enters the CuGa phase, and there is almost no pure Cu phase. It can be seen that the regular CuGa alloy phase and the pure Cu phase have a structure that bites into each other. The volume% of the pure Cu phase was 35%. The volume% of the pure Cu phase was determined by observing the cross-sectional structure and binarizing by image processing.
次に、平板状バッキングプレートに形成したスパッタリングターゲットの実施例について説明する。 Next, examples of the sputtering target formed on the flat backing plate will be described.
まず、実施例１と同様に、平均粒子径４５μｍのＣｕ−５０ｗｔ％（質量％）Ｇａ合金粉末および純Ｃｕ粉末を準備し、これらＣｕ−５０ｗｔ％Ｇａ合金粉末と純Ｃｕ粉末とを、６０：４０の質量比率で配合して混合粉末を作製した（配合組成はＣｕ−３０ｗｔ％Ｇａ）。 First, similarly to Example 1, a Cu-50 wt% (mass%) Ga alloy powder and pure Cu powder having an average particle diameter of 45 μm were prepared, and these Cu-50 wt% Ga alloy powder and pure Cu powder were prepared from 60: A mixed powder was prepared by blending at a mass ratio of 40 (the blending composition was Cu-30 wt% Ga).
次に、直径１８４ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４製バッキングプレートを作製し、溶射によりターゲットを形成する面に、アルミナ粒子を用いてブラスト処理を施した。
このバッキングプレートにマスクを取り付け、プラズマ溶射装置を用いて上記混合粉末をバッキングプレートのブラスト処理面に溶射し、直径１５２．４ｍｍ、厚さ６ｍｍのＣｕ−３０ｗｔ％Ｇａである本実施例のスパッタリングターゲットを得た。
Next, a backing plate made of SUS304 having a diameter of 184 mm and a thickness of 10 mm was produced, and the surface on which the target was formed by thermal spraying was blasted using alumina particles.
A mask is attached to the backing plate, and the mixed powder is sprayed onto the blasted surface of the backing plate using a plasma spraying apparatus, and the sputtering target of this embodiment is made of Cu-30 wt% Ga having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 6 mm. Got.
なお、溶射時はプラズマ溶射ガンを左右に往復させながら上下方向に６ｍｍピッチで移動させることにより全体に溶射を施し、所定の厚みになるまで繰り返した。また、プラズマ溶射には、Ａｒ−Ｈ２混合ガスを４０〜４５Ｌ／分の流量で、３５ｋＷの電力を印加して行った。さらに、溶射ガンとバッキングプレートとの距離は１５０ｍｍとした。 During spraying, the plasma spray gun was moved up and down at a pitch of 6 mm while reciprocating left and right, and sprayed over the entire surface, and repeated until a predetermined thickness was reached. In addition, the plasma spraying was performed by applying 35 kW of electric power to the Ar—H 2 mixed gas at a flow rate of 40 to 45 L / min. Further, the distance between the spray gun and the backing plate was 150 mm.
このようにして作製した本実施例のスパッタリングターゲットを通常のマグネトロンスパッタ装置に取り付け、所定低圧まで排気した後、Ａｒガスを導入して０．５Ｐａのスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてＤＣ２ｋＷの直流スパッタ電力を印加してスパッタ試験を行った。この結果、本実施例のターゲットには、割れや剥がれなどが起こらず、異常放電も発生しなかった。 The sputtering target of this example produced in this way was attached to a normal magnetron sputtering apparatus, evacuated to a predetermined low pressure, Ar gas was introduced to a sputtering gas pressure of 0.5 Pa, and then DC 2 kW with a DC power source. A sputtering test was performed by applying a direct current sputtering power. As a result, the target of this example was not cracked or peeled off, and no abnormal discharge occurred.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１…スパッタリングターゲット、２…バッキングチューブ（金属基体） 1 ... sputtering target, 2 ... backing tube (metal substrate)
Claims (6)
前記純Ｃｕ相が、１５体積％以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 The CuGa alloy phase and the pure Cu phase, which are amorphous to each other, have a structure in which they bite each other and randomly overlap each other,
A sputtering target, wherein the pure Cu phase is 15% by volume or more.
前記純Ｃｕ相が、５０体積％以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 1,
The sputtering target, wherein the pure Cu phase is 50% by volume or less.
全体が円筒状に形成されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。 In the sputtering target according to claim 1 or 2,
A sputtering target characterized in that the whole is formed in a cylindrical shape.
Ｇａ：１５〜４０質量％を含有していることを特徴とするスパッタリングターゲット。 In the sputtering target as described in any one of Claim 1 to 3,
Ga: Sputtering target characterized by containing 15-40 mass%.
ＣｕＧａ合金粉末とＣｕ粉末との混合粉末を、金属基体上に溶射してスパッタリングターゲットを形成する工程を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。 A method for producing the sputtering target according to claim 1,
A method for producing a sputtering target, comprising the step of spraying a mixed powder of CuGa alloy powder and Cu powder on a metal substrate to form a sputtering target.
前記金属基体が、円筒形状であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。 In the manufacturing method of the sputtering target of Claim 5,
The method for producing a sputtering target, wherein the metal substrate has a cylindrical shape.
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